Makalah Sel Surya

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Energi merupakan salah satu kebutuhan utama dalam kehidupan manusia. Peningkatan kebutuhan energi dapat merupakan indikator peningkatan kemakmuran, namun bersamaan dengan itu juga menimbulkan masalah dalam usaha penyediaannya.

Pemakaian energi surya di Indonesia mempunyai prospek yang sangat baik, mengingat bahwa secara geografis sebagai negara tropis, melintang garis katulistiwa berpotensi energi surya yang cukup baik.

Pemanfaatan Tenaga Surya melalui konversi Photovoltaic telah banyak diterapkan antara lain, penerapan sistem individu dan sistem hybrid yaitu sistem penggabungan antara sumber energi konvensional dengan sumber energi terbarukan.

Pada kondisi beban rendah sistem bekerja dengan sistem inverter dan baterai.  Jika beban terus bertambah hingga mencapai kapasitas yang terdapat pada inverter atau tegangan baterai semakin rendah, maka sistem kontrol akan segera mengoperasikan genset, maka genset akan berfungsi sebagai AC/DC  konverter untuk pengisian baterai, dan dapat beroperasi secara paralel untuk memenuhi kebutuhan beban tersebut. Dengan demikian, kondisi pembebanan diesel menjadi sangat efisien karena hanya beroperasi pada beban tertentu.

1.2.Rumusan Masalah

1.2.1.   Bagaiamana Sejarah Modul Surya (Photovoltaic)?

1.2.2.   Apa Definisi Dari Modul Surya (Photovoltaic)?

1.2.3.   Bagaimana Cara Pemanfaatan Energi Surya?

1.2.4.   Bagaimana Proses Gaya Gerak Listrik Pada Energi Surya?

1.2.5.   Bagaimana Skema Sambungan P-N?

1.2.6.   Apa Kegunaan Dari Energi Surya?

1.3  Tujuan

1)      Untuk menjelaskan pada mahaiswa tentang kegunaan dari energi surya dalam kehidupan sehari - hari

2)      Untuk mengajak mahaiswa ikut memanfaatkan energi surya ini dalam kehidupan sehar-hari atau untuk keperluan lainnya.

3)      Untuk memenuhi tugas yang diberikan oleh dosen pengampu mata kuliah Material Elektronik

BAB II

PEMBAHASAN

1.       Sejarah Photovoltaic

Efek photovoltaic pertama kali dikenali pada tahun 1839 oleh fisikawan Perancis Alexandre-Edmond Becquerel. Akan tetapi, sel surya yang pertama dibuat baru pada tahun 1883 oleh Charles Fritts, yang melingkupi semikonduktor selenium dengan sebuah lapisan emas yang sangat tipis untuk membentuk sambungan-sambungan. Alat tersebut hanya memiliki efisiensi 1%. Russell Ohl mematenkan sel surya modern pada tahun 1946 (U.S. Patent 2,402,662 , "Light sensitive device"). Masa emas teknologi tenaga surya tiba pada tahun 1954 ketika Bell Laboratories, yang bereksperimen dengan semikonduktor, secara tidak disengaja menemukan bahwa silikon yang di doping dengan unsur lain menjadi sangat sensitif terhadap cahaya.

Hal ini menyebabkan dimulainya proses produksi sel surya praktis dengan kemampuan konversi energi surya sebesar sekitar 6 persen.

Gambar di atas mengilustrasikan transfer energi dari matahari ke bagian-bagian Bumi. Dapat terlihat bahwa sekitar setengah dari enerdi masukan diserap oleh air dan daratan, sedangkan yang lainnya diradiasikan kembali ke luar angkasa. (nilai 1 PW = 1015 W).

2.       Definisi Modul Surya (Photovoltaic)

Modul surya (fotovoltaic) adalah sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri dan paralel, untuk meningkatkan tegangan dan arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian sistem catu daya beban. Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum maka permukaan modul surya harus selalu mengarah ke matahari.

Komponen utama sistem surya photovoltaic adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya photovoltaic. Untuk membuat modul photovoltaic secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film. Modul photovoltaic kristal dapat dibuat dengan teknologi yang relatif sederhana, sedangkan untuk membuat sel photovoltaic diperlukan teknologi tinggi. Modul photovoltaic tersusun dari beberapa sel photovoltaic yang dihubungkan secara seri dan parallel.

3.       Cara Pemanfaatan Energi Surya

Sel surya adalah suatu komponen elektronika yang dapat mengubah energi surya menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah (DC) . Modul surya (fotovoltaic) adalah sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri dan paralel, untuk meningkatkan tegangan dan arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk pemakaian sistem catu daya beban.

Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum maka permukaan modul surya harus selalu mengarah ke matahari. Di Indonesia, energi listrik yang optimum akan didapat apabila modul surya diarahkan dengan sudut kemiringan sebesar lintang lokasi PLTS tersebut berada. Sebagai contoh, untuk daerah yang berada di sebelah utara katulistiwa maka modul surya harus dihadapkan ke Selatan, dan sebaliknya.

Selanjutnya energi listrik tersebut disimpan dalam Baterai. Baterai disini berfungsi sebagai penyimpan energi listrik secara kimiawi pada siang hari dan berfungsi sebagai catu daya listrik pada malam hari. Untuk menjaga kesetimbangan energi di dalam baterai, diperlukan alat pengatur elektronik yang disebut Battery Charge Regulator.

Alat ini berfungsi untuk mengatur tegangan maksimal dan minimal dari baterai dan memberikan pengamanan terhadap sistem, yaitu proteksi terhadap pengisian berlebih (overcharge) oleh penyinaran matahari, pemakaian berlebih (overdischarge) oleh beban, mencegah terjadinya arus balik ke modul surya, melindungi terjadinya hubung singkat pada beban listrik dan sebagai interkoneksi dari komponen-komponen lainnya.

Skema proses pemanfaatan energi surya

   

4.       Gaya Gerak Listrik pada Energi Surya

Secara sederhana, proses pembentukan gaya gerak listrik (GGL) pada sebuah sel surya adalah sebagai berikut:

1.      Foton dari cahaya matahari menumbuk panel surya kemudian diserap oleh material semikonduktor seperti silikon.

2.      Elektron (muatan negatif) terlempar keluar dari atomnya, sehingga mengalir melalui material semikonduktor untuk menghasilkan listrik. Muatan positif yang disebut hole (lubang) mengalir dengan arah yang berlawanan dengan elektron pada panel surya silikon.

3.      Gabungan/susunan beberapa panel surya mengubah energi surya menjadi sumber daya listrik DC.

Ketika sebuah foton menumbuk sebuah lempeng silikon, salah satu dari tiga proses kemungkinan terjadi, yaitu:

1.      Foton dapat melewati silikon; biasanya terjadi pada foton dengan energi rendah.

2.      Foton dapat terpantulkan dari permukaan.

3.      Foton tersebut dapat diserap oleh silikon yang kemudian:

a.       Menghasilkan panas, atau

b.      Menghasilkan pasangan elektron-lubang, jika energi foton lebih besar daripada nilai celah pita silikon.

Ketika sebuah foton diserap, energinya diberikan ke elektron di lapisan kristal. Biasanya elektron ini berada di pita valensi, dan terikat erat secara kovalen antara atom-atom tetangganya sehingga tidak dapat bergerak jauh dengan leluasa. Energi yang diberikan kepadanya oleh foton mengeksitasinya ke pita konduksi, dimana ia akan bebas untuk bergerak dalam semikonduktor tersebut. Ikatan kovalen yang sebelumnya terjadi pada elektron tadi menjadi kekurangan satu elektron; hal ini disebut hole (lubang). Keberadaan ikatan kovalen yang hilang menjadikan elektron yang terikat pada atom tetangga bergerak ke lubang, meniggalkan lubang lainnya, dan dengan jalan ini sebuah lubang dapat bergerak melalui lapisan kristal. Jadi, dapat dikatakan bahwa foton-foton yang diserap dalam semikonduktor membuat pasangan-pasangan elektron-lubang yang dapat bergerak.

Sebuah foton hanya perlu memiliki energi lebih besar dari celah pita supaya bisa mengeksitasi sebuah elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Meskipun demikian, spektrum frekuensi surya mendekati spektrum radiasi benda hitam (black body) pada ~6000 K, dan oleh karena itu banyak radiasi surya yang mencapai Bumi terdiri atas foton dengan energi lebih besar dari celah pita silikon. Foton dengan energi yang cukup besar ini akan diserap oleh sel surya, tetapi perbedaan energi antara foton-foton ini dengan celah pita silikon diubah menjadi kalor (melalui getaran lapisan kristal yang disebut fonon) bukan dalam bentuk energi listrik yang dapat digunakan selanjutnya.

5.       Skema Sambungan P-N

Sel surya yang paling banyak dikenal dibentuk sebagai daerah luas sambungan P-N yang dibuat dari silikon. Sebagai penyederhanaan, seseorang dapat dibayangkan menempel selapis silikon tipe-n dengan selapis silikon tipe-p. Pada prakteknya, sambungan P-N tidak dibuat seperti ini, tetapi dengan cara pendifusian pengotor tipe-n ke satu sisi dari wafer tipe-p (atau sebaliknya).

Jika sebagian silikon tipe-p diletakkan berdekatan dengan sebagian silikon tipe-n, maka akan terjadi difusi elektron dari daerah yang memiliki konsentrasi elektron tinggi (sisi sambungan tipe-n) ke daerah dengan konsentrasi elektron rendah (sisi sambungan tipe-p). Ketika elektron berdifusi melewati sambungan p-n, mereka bergabung dengan lubang di sisi tipe-p. Difusi pembawa tidak terjadi tanpa batas karena medan listrik yang dibuat oleh ketidakseimbangan muatan pada kedua sisi sambungan yang dibuat oleh proses difusi ini. Medan listrik yang terbentuk sepanjang sambungan p-n membuat sebuah dioda yang mengalirkan arus dalam satu arah sepanjang sambungan. Elektron bisa bergerak dari sisi tipe-n ke sisi tipe-p, sedangkan lubang dapat lewat dari sisi tipe-p ke sisi tipe-n. Daerah dimana elekron telah berdifusi

 sepanjang sambungan ini disebut sebagai daerah deplesi karena ia tidak lagi mengandung pembawa muatan bebas. Hal ini juga dikenal sebagai "space charge region".

6.       Pemakaian Energi Surya

Di Indonesia sistem photovoltaic telah dimanfaatkan antara lain untuk penerangan (rumah tangga, jalan), pompa air, catu daya bagi perangkat telekomunikasi, TV umum, pendingin (antara lain untuk obat-obatan), rambu-rambu laut, penerangan untuk menangkap ikan dan aplikasi lainnya.

Salah satu cara penyediaan energi listrik alternatif yang siap untuk diterapkan secara masal pada saat ini adalah menggunakan suatu sistem teknologi yang diperkenalkan sebagai Sistem Energi Surya Photovoltaic (SESF) atau secara umum dikenal sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Surya Photovoltaic (PLTS Photovoltaic). Sebutan SESF merupakan istilah yang telah dibakukan oleh pemerintah yang digunakan untuk mengidentifikasikan suatu sistem pembangkit energi yang memanfaatkan energi matahari dan menggunakan teknologi photovoltaic. Dibandingkan energi listrik konvensional pada umumnya, SESF terkesan rumit, mahal dan sulit dioperasikan. Namun dari pengalaman lebih dari 15 tahun operasional di beberapa kawasan di Indonesia, SESF merupakan suatu sistem yang mudah didalam pengoperasiannya, handal, serta memerlukan biaya pemeliharaan dan operasi yang rendah menjadikan SESF mampu bersaing dengan teknologi konvensional pada sebagian besar kondisi wilayah Indonesia yang terdiri atas pulau - pulau kecil yang sulit dijangkau dan tergolong sebagai kawasan terpencil.

Selain itu SESF merupakan suatu teknologi yang bersih dan tidak mencemari lingkungan. Beberapa kondisi yang sesuai untuk penggunaan SESF antara lain pada pemukiman desa terpencil, lokasi transmigrasi, perkebunan, nelayan dan lain sebagainya, baik untuk penerangan rumah maupun untuk fasilitas umum. Akan tetapi sesuai dengan perkembangan jaman, pada saat ini di negara-negara maju penerapan SESF telah banyak digunakan untuk suplai energi listrik di gedung-gedung dan perumahan di kota-kota besar.

Mengingat peran dan fungsinya, teknologi photovoltaic mempunyai sifat yang sangat fleksibel dalam teknik rancang bangun dan pemanfaatannya. Aplikasi modul ini dapat diterapkan untuk pemasangan individual maupun kelompok sehingga dapat dilakukan dengan swadaya perorangan, masyarakat, perusahaan atau dikoordinir oleh PLN. Dalam hal pendanaan; proyek photovoltaic menjadi sangat mungkin untuk menjadi sarana bantuan/kerjasama luar negeri, partisipasi perusahaan maupun golongan (community development) untuk mendukung program listrik pedesaan atau penyediaan jasa energi seperti:

•        Listrik untuk penerangan rumah tangga

•        Jasa energi untuk fasilitas umum: Pompa/penjernihan air, Rumah peribadatan, Telepon umum atau pedesaan, televisi umum, Penerangan jalan dan lainnya

•        Pemasok energi bagi fasilitas produksi

•        Integrasi photovoltaic pada bangunan untuk listrik pedesaan

Aplikasi SESF Untuk Listrik Pedesaan

Salah satu pemanfaatan photovoltaic yang dapat langsung dipergunakan adalah untuk penyediaan listrik pedesaan terutama pada kawasan terpencil yang sulit dijangkau. Penerapan SESF dapat dilakukan dengan pemasangan sistim desentralisasi menggunakan jaringan listrik lokal. Beberapa faktor penting yang mempengaruhi pemilihan sistim diatas adalah topografi kawasan, distribusi lokasi perumahan, karakteristik beban serta sistim pembiayaan yang diterapkan.

Berdasarkan hasil studi Direktorat Jenderal Listrik dan Pengembangan Energi (DJLPE), konsumsi listrik rata-rata per-rumahtangga pemakai listrik di pedesaan (1994) tercatat sekitar 64 kWh/tahun. Angka ini akan setara dengan konsumsi listrik sebesar 175 Wh/hari. Menggunakan angka-angka yang telah disajikan dimuka, modul photovoltaic kapasitas 50 Wp dapat memberikan keluaran listrik rata-rata sebesar 200 Wh/hari. Maka, SESF dengan kapasitas 50 Wp diperkirakan cukup untuk memenuhi konsumsi listrik pada rumah tangga di pedesaan.

Tingkat ekonomis SESF sistem jaringan pada umumnya dapat diperbaiki dengan penerapan sistem hibrida (hybrid system), yaitu mengkombinasikan SESF dengan sistem pembangkit listrik dengan sumber energi terbarukan lain yang dapat dikembangkan dikawasan tersebut (seperti : energi angin, mikrohidro, dan biomassa) atau pembangkit listrik konvensional genset diesel untuk saling mendukung. Sistem ini dinilai paling cocok untuk daerah pra-elektrifikasi (pre-electrified). Untuk keperluan ini, instalasi Photovoltaic-nya dapat dibuat permanen sehingga menjadi sistem interkoneksi atau dibuat secara mobile untuk dipindahkan ke kawasan lain yang akan dikembangkan.

           

KESIMPULAN dan SARAN

            Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa Energi Surya (Photovoltaic) dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Energi ini juga merupakan energi alternatif. Modul Surya ini dapat digunakan sebagai cadangan yang memadai ketika energi lainnya mulai berkurang bahkan habis.

Selain itu, energi ini memliki banyak keuntungan dibandingkan dengan energi lain. Energi ini sangat ramah lingkungan dan tidak memerlukan perawatan khusus secara periodik. Energi ini hanya memerlukan cahaya matahari yang jumlahnya tak tebatas, tersedia dimana-mana, dan tidak memerlukan bahan bakar lain seperti bensin, gas, atau yang lainnya. Namun, energi ini memiliki satu kelemahan yaitu hanya bisa digunakan dalam jangka waktu setengah hari atau selama sinar matahari masih terpancar.

Oleh karena itu, penyediaan sumber energi alternatif seperti energi surya melalui pemanfaatan sel photovoltaic merupakan sebuah prospek yang menjanjikan untuk dikembangkan lebih lanjut, mengingat pemakaian primer minyak bumi dan gas alam masih merupakan sumber energi utama. Selain ramah lingkungan, sumber energi dari matahari tidak memerlukan perawatan khusus secara periodik, yang selanjutnya akan mengurangi biaya produksi.

DAFTAR PUSTAKA

Holladay, April. Solar Energi. Microsoft Encarta 2006. Redmond, WA: Microsoft Corporation, 2005.

Wikipedia.org. Solar Cell. http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell. Disunting tanggal 22 November  2007.